Способ определения предела выносливости материалов

р 4 С 01 М 3/32 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСНСМУ СВЩЕПЛЬСТВУ Изобр ой техн бразцов 1 ель ти путесодержит верхний Флане которого испытуемый об тся к станине 3, массу из шихтованной электро установка с помощью разец 2 креп 4, набранную ГОСУДМРСТБОНЫЙ КОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕНИИФ И ОТНРЫТИЕМГМИИ ГННТ СССР(56) 11 пигельбурд И. Я. и др. Контрольусталостной прочности деталей машинметодом внутреннего трения в производственных условиях, - Сб: Рассеяниеэнергии при колебаниях механическихсистем. - Киев: Наукова думка, 1982,с. 228-236. тение относится к испытательке, в частности к испытаниям на растяжение.зобретения - повышение точно- учета изменения энтропии материала.На Фиг. 1 представлена схема установки, с помощью которой реализуется предпагаемый способ; на Фиг. 2 - график зависимости коэффициента поглощенияобразца от амплитуды циклического напряжения 6; на Фиг. 3 - график зависимости изменения удельной энтропии с от амплитуды циклического5напряжения а ЯО, 1499167 А 1(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что подвергают образец материала циклическому нагруженво со ступенчато возрастающей амплитудой напряжения и временем нагружения в каждом цикле не более 37 долговечности образца и определяют его предел выносливости, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности путем учета изменения энтропии материала, определяют в первом цикле нагружения наиболее нагретый участок образца, в каждом цикле определяют удельную энтропию образца на этом участке и по ее изменению судят о пре-деле выносливости. технической стали, которая прикреплена к нижнему концу испытуемого образца 2 с помощью нижнего фланца 5, электромагнит 6, расположенный с зазоромпод массой 4. Катушка электромагнита 6 подсоединена к источнику 7 переменного напряжения, который позволяет регулировать величину напряжения на выходе и его частоту в необходимых пределах. На расстоянии 1 м от образца 2 установлен тепловизор 8, выходкоторого подключен к самописцу 9, который позволяет регистрировать температуру любой точки образца 2 с точностью до 0,1 С, На массе 4 закреплен пьезодатчик 10 для фиксации амплитуды ее колебаний, Пьезодатчик 10 через усилитель 11 связан со шлейфовым осциллографом 12,1499167 2 сч Тг - Т р Т+ Т 3Способ осуществляется следующимобразом.Подвергают образец материала циклическому нагруженив со ступенчатовозрастающей амплитудой напряжения,для чего включают источник 7 переменного напряжения, подают питаниена обмотки электромагнита 6, которыйвозбуждает колебания массы 4. Черезмассу 4 возбуждают продольные колеба, ния и в испытуемом образце 2. Плавнойрегулировкой частоты тока на источнике 7 переменного напряхения колебательный процесс вводят в резонансныйрежим. Это необходимо для уменьшениярасхода электроэнергии, и, кроме того, электромагнит рассчитан на работув резонансном режиме и поэтому имеетминимальные габариты. Пьезбдатчик 1 О 20под воздействием инерционных нагрузок,возникающих при колебательном процессе, вырабатывает сигнал, который поступает на предварительно прокалиброванньй шлейфовый осциллограф 12, По 25размаху луча на экране осциллографа12 можно судить об амплитуде колебаний ц 1 испытуемого образца 2 и, соответственно, об амплитудном напряжениий 1 Юв нем 6 = - Е (где 1 - длина умень.ц 1щенной рабочей частоты образца 2;Е. - модуль упругости материала образца 2), Регулируя величину напряженияна источнике 7 переменного напряжения,5устанавливают рехим колебаний с постоянной амплитудой напряжения 6, заведомо меньшего предполагаемого предела выносливости материала образца бкоторьй ориентировочно берется из , 40справочника,Таким образом осуществляется первый цикл нагружения. Время нагруженияв первом цикле берется порядка 17., ионо не должно превыпать 37 долговечности образца. По истечении половинывремени нагружения поворота камерытепловизора 8 находят самьй горячийучасток образца 2 (предполагаемьйочаг разрушения) и затем наблюдениеведут только эа этим участком (и впервом, и во всех последующих циклахнагружения), За 20 с до окончаниявремени нагружения в первом цикле тепловизором 8 фиксируют температуру Т,наблюдаемого участка, а через промежуток времени д 7, составляющий 20 с,вторично фиксируют температуру Т этого же участка. После этого з аканчивавт первьй цикл нагружения и сразу переходят к второму, для чего увеличивают амплитуду колебаний и устанавливают рехим колебаний с амплитудой напряжения 4, большей, чем в первом цикле, но не превышающей предполагаемьй предел выносливости материала 6 . Все действия во втором и всех последующих циклах нагружения повторяют за исключением поиска горячего участка - наблюдение ведется за тем же участком.Всего проводят 5 - 6 циклов нагружения с таким расчетом, чтобы 2 3 цикла соответствовали нагружению до предполагаемого предела выносливости /б,(6 ф, один цикл - нагружению с б =, а остальные циклы - нагружению с Й Ы 1, причем приращение при переходе к следующему циклу не должно превышать 57. от действующего уровня напряжений. При нагрухении за предполагаемым пределом выносливости /6/ время нагружения уменьшают - оно должно составлять около 17 и не превышать 37 от предполагаемой долговечности образца на данном уровне напряжений. Это вызвано тем, что, если время нагружения менее 17. от долговечности образца, то в нем не произойдет достаточного разогрева, а если время нагружения превысит 37. от долговечности образца, то за время испытаний будет просто выбран значительньй ресур работоспособности образца. Следует следить за тем, чтобы промсжуток времени Ю , чере: который в каждом цикле нагружения фиксируют тем - пературу наблюдаемого участка, был постоянным,Далее определяют удельнув энтропию образца на наблюдаемом учатске, по изменению которой судят о пределе выносливости. В каждом цикле нагрухения рассчитывают изменение удельной энтропии наблюдаемой точки по формуле где с - удельная обьемная теплоемкость материала;- плотность материала образца, и строят график изменения удельной энтропии дз в зависимости от амплитуды напряжения на соответствующейступени нагружения дз - Г, абсцисса точки излома которого и представляет собой предел выносливости образ 1ца 6,5Испытывались образцы из стали 45,у которых рабочие части длиной 1100 мм имели трубчатое сечение снаружным диаметром П = 18,3 мм и внут. ренним диаметром Й = 1,1 мм. Предлолагаемый предел выносливости материала образца д ф. = 250 МПа.В первом цикле нагружение проводилось при амплитуде напряжения ,=100 МПа, амплитуда колебаний образй 1ца при этом й 1 = = О, 05 мм. Собственная частота колебательной системы 685 Гц. Время нагружения н циклах,предшествующих предполагаемому преде 20лу выносливости, 2 мин. Это соответствует 17. от базового числа цикловИ = 1 О циклон, Первый раз темпера 6тура наблюдаемой точки фиксироваласьчерез 1 мин 40 с после начала нагружения, время Й Г но всех циклах нагружения 20 с. Во втором цикле нагружение проводилось при 6 д= 200 МПа, втретьем - при б= 250 МПа, н следующих циклах амплитуда напряжения Ь, 30увеличивалась на 1 О - 15 МПа, а время нагрухения уменьшалось до 1,5 1 мин, причем температура наблюдаемого участка перВый раз фиксироваласьза 20 с до окончания нагружения, авторой раз - в конце нагружения. Впервом и втором циклах нагружения,т.е. при 6 с 6 неличина ДТ = Т -Т, очень мала (левые ветви соответствующих кривых на фиг. 3 практическигоризонтальны и по существу ЛТ =0),по мере приближения к пределу выносливости величину ЯТ уже можно зафиксировать тепловизором (дТО, 1 С),а при дальнейшем увеличении напряжения Б, т.е, при нагружении за пределом вынослиности, величина ДТ резко возрастает и составляет уже несколько градусов. Это соответствуетФизическим представлениям о природенакопления усталостных повреждений,так как при циклическом нагруженииобразца за пределом выносливости внем происходят необратимые изменения,связанные с развитием микродефектов,увеличивается уровень внутреннеготрения, что ведет к интенсивномуросту температуры. Таким образом, предложенный спосОб обладает высокой точностью определения предела выносливости образцов материала.У Ю 7 Б Ф 3 г 1 О гаП 6. зм Щг 5 ф УР Составитель В. ЛазареваРедактор О. Юрковецкая Техред М.Ходанич Корректор Т, Колб Заказ 4681/39 Тираж 789 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101